Вопросы и задания для самоконтроля

1. Нарисуйте схему внешнего строения кончика корня и обозначьте его особенности. Какие зоны выделяют во внешнем строении кончика корня?

2. Объясните внутреннее строения корня в зоне всасывания, чем оно отличается от его строения в зоне проведения?

3. Какие элементы берет растение из почвы, и какие формы минеральных удобрений, снабжающих растение этими элементами, используются в сельском хозяйстве?

4. Объясните, какие виды корней образуются у растений при размножении их черенками?

5. Сравните типы корневых систем у одуванчика, пшеницы, клевера ползучего, лука, люцерны.

6. Нарисуйте схему внутреннего строения корнеплодов моркови, редиса и свеклы. Объясните различия в их строении. Какие видоизменения корней вы еще знаете?

7. Выделите характерные особенности корневых систем водных растений, растений зоны тундры, пустынь. Сравните их в форме таблицы.

8. Используя материал различных литературных источников, подготовьте сообщение на тему: «Влияние экологических факторов на форму и размещение корневой системы».

Тема 3. Побег

Побег – это стебель с расположенными на нем листьями и почками. Весь побег возникает из единого конуса нарастания. Основная функция побега - фотосинтез. Она выполняется листьями. Стебли служат для наиболее рационального размещения листьев, а также выполняют механическую и проводящую функцию. В побегах могут откладываться запасные вещества. При этом образуются клубни, луковицы и т. д. Побегами может происходить и вегетативное размножение растений. Участок стебля, от которого отходит лист, называется узлом, участок стебля между двумя соседними узлами – междоузлием. Угол между листом и вышерасположенным стеблем называется листовой пазухой. В листовых пазухах развиваются пазушные почки. На верхушке побега расположена верхушечная почка.

Почка – это зачаточный побег. Вегетативная почка состоит из конуса нарастания, зачаточного стебля и отходящих от него зачатков листьев. В пазухах этих листьев могут формироваться почки следующего порядка. На кончике конуса нарастания есть инициальные клетки, за счет деления которых в течение всей жизни происходит увеличение числа клеток побега. Ниже гладкого конуса нарастания побега происходит периодическое заложение бугорков – зачатков листьев. По мере удаления от конуса нарастания листовые зачатки увеличиваются в размерах, становятся плоскими и загибаются над конусом нарастания, защищая его. Узлы в почке очень сближены, междоузлия неразвиты. Наружные листья почки очень часто видоизменяются в почечные чешуи. Почечные чешуи часто окрашены в бурый цвет. Почечные чешуи могут налегать, друг на друга и обычно плотно сомкнуты. Часто на их поверхности выделяются клейкие вещества, иногда имеется опушение. Почечные чешуи предохраняют внутренние части почки от высыхания. Почки, имеющие почечные чешуи, называются закрытыми. Закрытые почки имеют большинство зимующих деревьев и кустарников (дуб, береза, тополь), а также некоторые травы (грушанка, копытень). Почки, не имеющие почечных чешуй, называются открытыми. Открытые почки имеют все растущие побеги в течение весны и лета. С открытыми почками зимуют многие многолетние травянистые растения (живучка, кошачья лапка).

По положению на стебле почки бывают верхушечными и боковыми. Верхушечные почки расположены на верхушках стебля и его разветвлений. Благодаря верхушечным почкам побеги растут в длину. Боковые почки расположены в пазухах листьев. Из них формируются боковые побеги, т.е. происходит ветвление. Кроме верхушечных и боковых, у растений часто образуются придаточные почки, которые возникают на взрослой части вегетативных органов. Они могут появиться на стебле, листе и корне. Возникают они из живых внутренних тканей. Придаточные почки обеспечивают активное вегетативное размножение: у корнеотпрысковых растений (малина, бодяг), у растений, размножающихся листовыми черенками (бегонии, глоксинии).

Особо выделяют спящие почки. По происхождению они могут быть пазушными или придаточными, он в отличие от них они не развертываются в течение нескольких лет. Спящие почки характерны для лиственных деревьев, кустарников, кустарничков и некоторых многолетних трав. Это резервные почки. Обычно они пробуждаются при повреждении ствола или ветвей. Образование побегов из спящих почек можно наблюдать при сильной обрезке деревьев, при отмирании кроны у старых деревьев, при повреждении кроны морозами, после рубки (на пнях березы, осины).

Почки бывают вегетативные, вегетативно – генеративные (смешанные) и генеративные (цветочные). Из вегетативной почки развивается стебель с листьями. Строение ее было рассмотрено выше. В вегетативно – генеративной почке есть зачатки вегетативных (стебля и листьев) и генеративных (цветков) органов. Такие почки обычны для травянистых растений, встречаются и у древесных (сирень, бузина, яблоня). В генеративных (цветочных) почках имеются только зачатки соцветия или цветка (вишня).

Нарастание и ветвление побегов происходит за счет развертывания почек. При этом разрастаются листовые зачатки и междоузлия. Наружные почечные чешуи подсыхают и опадают, оставляя рубцы – «почечное кольцо».

Верхушечное ветвление наблюдается у более примитивных растений. Например, у плаунов- дихотомическое ветвление, при котором верхушечная почка дает начало двум побегам нового порядка. Семенные растения обычно имеют боковое ветвление, когда ветвление идет за счет боковых почек. При этом различают моноподиальное и симподиальное нарастание многолетних систем побегов. При моноподиальном нарастании верхушечная почка в течение всей жизни растения продолжает рост главного побега. Моноподий – это побег одного порядка. Такое нарастание побегов наблюдается у ели, у мака. У цветковых растений чаще встречается симподиальное нарастание многолетних побегов. При симподиальном нарастании верхушечная почка периодически отмирает, или дает более слабые побеги, или становится генеративной, а формирование главной оси стебля продолжает ближайшая боковая почка. Происходит перевершинивание. При симподиальном нарастании главный ствол сложен побегами главных порядков. Симподиальное нарастание наблюдается у березы, дуба, тополя, осины, яблони.

Стебель – это ось побега. Он выполняет опорную функцию. На нем располагаются листья, почки, цветы, плоды, побеги ветвления. Другая важнейшая функция стебля – проводящая. По ксилеме стебля с восходящим током от корней к наземным частям передвигаются вода и минеральные соли, а от листьев к корням и другим частям растения по флоэме идет так называемый нисходящий ток веществ, с которым передвигаются продукты фотосинтеза. В стебле могут откладываться запасные питательные вещества. Молодые зеленые стебли участвуют в фотосинтезе. Форма стеблей чаще бывает цилиндрической, но может быть и трех-, четырех или многогранной, иногда плоской. Стебли могут быть удлиненными или укороченными (если междоузлия слабо развиты). У деревьев главный стебель обычно называют стволом.

Внутреннее строение стебля бывает первичным, когда стебель состоит только из первичных тканей, и вторичным, когда вторичные ткани стебля преобладают над первичными. Двудольные и однодольные растения имеют неодинаковое строение стебля.

При первичном строении стебель двудольных травянистых растений покрыт эпидермисом. Под ним располагается первичная кора, далее к центру идет центральный цилиндр (стела). Центральную часть стебля занимает сердцевина. В состав первичной коры могут входить запасающая, ассимиляционная, механическая, выделительная и другие ткани. Граница между корой и центральным цилиндром стебля выражена менее четко, чем в корне, так как эндодерма не имеет таких характерных признаков и часто развивается в крахмалоносное влагалище, в клетках которого откладываются крахмальные зерна. Центральный цилиндр начинается многослойным перициклом. Далее идут проводящие ткани. У одних растений они разделяются на проводящие пучки, расположенные кольцеобразно. Между проводящими пучками находится паренхимная ткань – первичные сердцевинные лучи. Такое пучковое строение стебля имеют тыква, кирказон, копытень. У других растений проводящие ткани расположены сплошными кольцами. Такое беспучковое строение имеют стебли льна, сурепки, подмаренника. У двудольных растений проводящие пучки открытые, т. е. между флоэмой и ксилемой всегда имеется камбий. Внутрь от проводящих тканей располагается сердцевина, состоящая из паренхимных клеток. Часто в сердцевине образуется воздушная полость. Такое первичное строение стебля имеют обычно молодые двудольные растения. У большинства многолетних двудольных растений уже в конце первого вегетационного периода первичное строение стебля заменяется вторичным. Изменения начинаются с того, что между флоэмой и ксилемой появляется сплошное камбиальное кольцо, при делении клеток которого внутрь откладывается вторичная ксилема (древесина), а наружу вторичная флоэма (луб). Часть камбиальных клеток откладывает паренхиму сердцевинных лучей. Клеток древесины откладывается больше, чем клеток луба. Поэтому древесина занимает большую часть стебля.

Стебель многолетнего древесного растения обычно имеет следующее строение, в центре его находится сердцевина, она окружена мощным слоем древесины, далее идет тонкая прослойка камбия, а к периферии от него – кора. Вторичные древесина и кора пронизаны сердцевинными лучами. Снаружи стебель дерева покрыт коркой, или перидермой. На поперечном срезе древесины у многих растений заметны так называемые годичные кольца – это годичные приросты древесины. Число годичных колец соответствует возрасту данной части стебля. Четкие границы годичных приростов объясняются периодичностью работы камбия и различием элементов ксилемы, которые откладываются в течение вегетационного периода. Весной образуется большое число тонкостенных сосудов с большим диаметром. Постепенно к концу лета диаметр сосудов уменьшается, а толщина их стенок увеличивается. Возрастает и количество клеток механических тканей. Основная функция древесины - передвижение воды и минеральных веществ от корней к другим частям растения. Кроме того, клетки древесины придают механическую прочность стеблю. Но не вся древесина деревьев выполняет водопроводящую функцию, а только молодая, лежащая под камбием. Эту часть древесины называют заболонью. У старой части древесины сосуды закупориваются. Если старая часть древесины внешне не отличается от заболони, ее называют спелой. Такими спелодревесными породами являются осина, бук, груша. Если внутренняя старая часть древесины отличается от заболони по окраске, ее называют ядровой. Типичными ядровыми породами являются дуб, ясень, вяз. Ядровая древесина широко используется на изготовление мебели.

Кора включает (от камбия к периферии) вторичную флоэму - луб, остатки первичной флоэмы и первичной коры. Затем идет перидерма. По флоэмной части вторичной коры идет передвижение органических веществ от листьев к другим частям растения.

Строение стебля однодольных растений характеризуется отсутствием камбия. Первичная кора у многих растений не выражена. Примером может служить стебель кукурузы. Снаружи он покрыт эпидермисом. Под ним располагается кольцо склеренхимы, за которой идет паренхима с многочисленными разбросанными проводящими пучками. Проводящие пучки однодольных растений всегда закрытого типа. У многих злаков (рожь, пшеница) стебель полый – соломина. Строение его сходно со строением периферической части стебля кукурузы. Строение стебля у большинства однодольных растений остается неизменным в течение всей жизни. Только у некоторых древесных однодольных растений (драцена, пальмы) происходит утолщение стебля вследствие деления в периферической части стебля клеток кольца утолщения.

Лист – это боковое образование на стебле. Листья имеют ограниченный рост и обычно плоскую форму. Листья выполняют одну из основных функций зеленого растения – фотосинтез. Через лист идет транспирация (испарение воды) и газообмен. Кроме того, листья могут служить для вегетативного размножения растений (бегонии, бриофиллюм, глоксиния, узумбарская фиалка).

Морфология листа. Лист состоит из листовой пластинки, черешка, прилистников и основания. Основной частью листа является листовая пластинка. Формирование листовых пластинок является приспособлением к увеличению площади листовой поверхности, что способствует лучшему улавливанию света и углекислого газа, необходимых для фотосинтеза. Листья, имеющие черешок, называются черешковыми. Листья, не имеющие черешка – сидячими. Черешок листа кроме проводящей функции способствует ориентировке пластинки по отношению к свету, ослабляет удары дождя, ветра. Нижняя часть листа, которой он прикрепляется к стеблю, называется основанием. Часто основание слабо выражено и почти незаметно. Но у некоторых растений оно разрастается, образуя листовое влагалище, которое защищает стебель и почки (злаки, зонтичные). Основание листа часто дает парные выросты – прилистники, функции прилистников различны. В почках они выполняют защитную функцию, так как составляют большую часть почечных покровов (дуб, липа, береза). Иногда прилистники сильно разрастаются и участвуют в фотосинтезе (горох), иногда превращаются в колючки (акация). Листья бывают простые и сложные. Простой лист имеет одну листовую пластинку. У сложных листьев на одном черешке с общим основанием имеется несколько листовых пластинок, иногда даже с собственными черешочками. По расположению листочков сложные листья разделяют на тройчатосложные, перистосложные и пальчатосложные.

Тройчатосложные листья имеют три листочка на главном черешке (клевер, фасоль, кислица, земляника). У перистосложных листочки располагаются с обеих сторон главного черешка. Как правило, таких пар от трех и более. При этом, если сложный лист заканчивается одним листочком, его называют непарноперистосложным (рябина, шиповник). Если же лист заканчивается двумя парными листочками, его называют парноперистосложным (горох). Пальчатосложными называются листья, все листочки которого прикрепляются к верхушке главного черешка, а сами листочки расходятся радиально (люпин, конский каштан, конопля). Форма листовых пластинок может быть очень разнообразной: округлой, яйцевидной, сердцевидной, линейной и т.д. Может быть цельной или расчлененной. По степени расчлененности листовых пластинок различают лопастные (выемки доходят до ¼ ширины, как у дуба, клена), раздельные (выемки превышают ¼ ширины, как у мака) и рассеченные листья (выемки доходят почти до средней жилки или основания листа, как у моркови, укропа).

Важным морфологическим признаком листьев является характер жилкования. Оно может быть дихотомическим (каждая жилка разветвляется на две, как у гинкго). У цветковых растений различают параллельное жилкование (в листе имеется несколько одинаковых жилок, идущих параллельно, как у злаков), дуговое (жилки сближаются у основания и верхушки листа, как у ландыша) и сетчатое (от главной жилки отходят более мелкие боковые жилки, в свою очередь ветвящиеся, как у большинства двудольных растений). Листорасположение. Листья прикрепляются к стеблю в стеблевых узлах. Если каждый стеблевой узел несет один лист, то листорасположение называется очередным или спиральным (яблоня, герань). Если от каждого узла отходят два листа, расположенных один против другого, листорасположение называют супротивным (мята, гортензия). Листорасположение называют мутовчатым при отхождении от каждого узла трех и более трех листочков (подмаренник, ясменник). Но при любом листорасположении (вследствие различного разрастания листовых пластинок и черешков) листья размещаются так, чтобы не затенять друг друга. Это явление называется листовой мозаикой.

Внутреннее строение листовой пластинки. На поперечном срезе листа видно, что сверху и снизу он покрыт эпидермисом (кожицей). Наружные стенки эпидермиса утолщены и покрыты кутикулой, что уменьшает испарение воды с поверхности листа. Этому же способствуют и волоски. Обычно на нижнем эпидермисе имеются устьица, через которые осуществляется газообмен и транспирация. Под эпидермисом располагаются клетки, содержащие хлоропласты – мезофилл листа. Мезофилл чаще всего разделяется на палисадную (столбчатую) и губчатую ткани. Палисадная ткань прилегает обычно к верхнему эпидермису. Состоит из 1 – 3 слоев несколько вытянутых клеток и содержит большое количество хлоропластов. Основная функция этой ткани – фотосинтез. Клетки губчатой ткани расположены рыхло. Функциями этой ткани кроме фотосинтеза являются газообмен и транспирация. Через мезофилл листа проходят жилки – проводящие пучки. Внутреннее строение листа приспособлено для создания наилучших условий для протекания фотосинтеза.

Фотосинтез – это процесс образования органических веществ из CO2 и воды, происходящий в хлоропластах под влиянием солнечной энергии. Процесс этот сложный, многоэтапный. Различают световую и темновую фазы фотосинтеза. В световую фазу происходит преобразование энергии света в энергию таких органических соединений, как АТФ (аденозинтрифосфат) и НАДФ.Н (никотинамидадениндинуклеотидфосфат)). При этом происходит фотоокисление воды и выделение CO2 в атмосферу. В темновую фазу за счет энергии АТФ и НАДФ.Н происходит восстановление СО2 до углеводов.

Впервые роль фотосинтеза для нашей планеты была показана в трудах К.А. Тимирязева. Только при фотосинтезе энергия солнечного света преобразуется в энергию органических соединений. За счет этих органических соединений все живые организмы строят свое тело, получают энергию, необходимую для жизнедеятельности. Кроме того, благодаря фотосинтезу в атмосфере поддерживается постоянное содержание СО2 – около 0,03 % и О2 – около 21%. Вот почему для сохранения жизни на нашей планете необходимо бережное отношение к зеленому растению!

Продолжительность жизни листьев у разных видов растений неодинакова. Она может быть от нескольких недель до 100 лет (у вельвичии удивительной). У листопадных растений листья живут один вегетационный период. У вечнозеленых растений продолжительность жизни листьев может быть несколько лет. Так, у ели европейской 5 – 9 лет, у ели тяньшанской 26 – 28 лет, у сосны обыкновенной 2 – 4 года. Листья вечнозеленых растений могут жить и недолго, всего несколько месяцев, но у них новые листья развертываются тогда, когда еще не опали старые. В процессе жизнедеятельности происходит изнашивание листьев, они стареют, а затем опадают. При старении изменяется окраска листьев с зеленой на желтую и красную. Это происходит вследствие разрушения хлорофилла и накопления каротиноидов и антоцианов. Перед листопадом наиболее ценные пластические вещества – углеводы, аминокислоты – оттекают в другие части растения. В клетках листа накапливаются конечные продукты обмена (кристаллы оксалата кальция и т.д.). В процессе старения листа на черешке около стебля формируется отделительный слой, клетки которого легко расслаиваются. При этом на месте отделения листа, на стебле образуется слой пробки, который защищает внутренние ткани. Некоторое время отделившийся лист держится на жилках, затем они рвутся, и лист опадает. У листопадных растений сбрасывание листьев происходит в неблагоприятный период для роста и имеет большое приспособительное значение, так как благодаря этому резко уменьшается испаряющая поверхность, уменьшается опасность поломок ветвей от тяжести снега, удаляются вредные для растения соли и т.д. У вечнозеленых растений листопад обычно приурочен к началу роста новых побегов.